[发明专利]一种适用于金属材料拉弯变形的微观组织观测装置

说明书

技术领域

本发明涉及金属塑性成形领域，特别涉及一种适用于金属材料拉弯变形的微观组织观测装置。

背景技术

微(介观)塑性成形技术，由于具有高效率、低成本、大批量、高精度、高密集、短周期、无污染、净成形等一些特有的优点，生产的零件具有高强度、高精度、高质量等特点，已成为研究领域和业界的新热点。介观尺度下材料组织非均匀性及其微观变形特性，对材料宏观力学性能产生影响。尤其是介观成形下的多相金属材料，由于软、硬微观组织的存在，其微观组织的非均匀性愈加明显。因此，多相金属材料在介观塑性成形过程中，研究微观软、硬相组织如何发生非均匀变形，如何对宏观变形场产生影响，从而指导介观尺度下薄板塑性成形工艺，是解除制约微成形技术应用的关键之一。

中国专利公开号为CN102346117A(名称为扫描电镜下微弧度级精度原位扭转材料力学性能测试装置)，通过精密加载单元、精密信号检测及控制单元、夹持单元及连接单元组成；在各类成像仪器的观测下开展针对三维宏观试件的跨尺度原位扭转测试以及扭转作用下的微观变形和损伤过程进行原位观察。该专利主要是针对纤维类试样的测试，采用主动轮转动和被动轮固定的方式进行测试，比较适合转动类零件原位测试。但对于拉弯模式的金属微观力学研究并不适用。

中国专利公开号CN102033003A(名称为基于原位观察的薄板动态拉伸试验方法)，该专利采用加工有两个对称的圆弧凹面的试样，能够最大程度的消除应力集中，而加工的斜面，实际上是由多个截面组成的表面，能够将试样的内部乃至中心部位转移至观察面上，因此在拉伸时，通过同时观察试样表面和斜面的变化，实现了薄板动态拉伸的近似三维在线观察。主要是针对薄板动态拉伸实验进行宏观几何变化的原位观察，而对于拉弯模式的金属微观力学研究并不适用。

中国专利公开号CN103575593A(名称为一种介观尺度金属材料单向拉伸原位观察装置)，该装置主要采用单向拉伸分析金属的最大变形区的微观变形场。研究不同变形程度条件下的微观结构变化特征，建立宏观变形条件下微观尺度的变形场特征，同时通过力测试模块和位移测试模块获取对应变形条件下宏观力学性能参数。但该装置不能测试弯曲变形过程中的金属微观变形场特性。

因此，设计一种适用于金属材料拉弯变形的微观组织观测装置，用于分析拉弯的微观变形场，宏观力学性能，以及宏观-微观间的对应关系，研究微观软、硬相组织如何发生非均匀变形，如何对宏观变形场产生影响，不同拉伸力作用情况下材料的微观组织结构与变形损伤机制的相关性规律，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种适用于金属材料拉弯变形的微观组织观测装置，能够实现金属拉弯过程中，最大变形区的视场原位观察，并通过力学传感器与位移传感器，建立材料的宏观力学性能，实现了材料微观组织变化的实时在线观察，建立宏观力学与微观组织变形场的一一对应关系。

本发明的目的是这样实现的：

一种适用于金属材料拉弯变形的微观组织观测装置，其特征在于，包括机械拉伸模块、力学测试模块和弯曲模块；

所述机械拉伸模块包括左右对称安装在底座上并可沿底座滑动的滑块一和滑块二，以及驱动滑块一和滑块二进行相向/相背运动的驱动机构；所述滑块一和滑块二的顶部分别安装有呈左右对称的夹头一和夹头二，用于分别夹住试样的两端；

所述力学测试模块包括分别安装在夹头一和夹头二上的力测试系统以及分别安装在滑块一和滑块二上的位移测试系统；所述力测试系统用于分别探测试样拉伸时夹头一和夹头二所用的力；所述位移测试系统用于探测滑块一和滑块二的移动距离；

所述弯曲模块包括横跨在底座中心前后两侧的门形框支架，所述门形框支架的顶部中心向上垂直凸伸出具有尖顶部的弯曲辊，在弯曲辊的上方悬空安装有放置显微设备的显微定位组件，所述门形框支架的顶部还安装有升降机构，该升降机构具有两块分别位于门形框支架顶部的前后两端的升降立板，垂直贯穿两块升降立板设置有相互平行且沿弯曲辊左右对称的转动轮一和转动轮二；

待测试样的中心位于弯曲辊的上方，两侧自转动轮一和转动轮二的下方穿过并通过夹头一和夹头二夹持试样的两端，驱动机构对试样两端同时施加拉伸载荷，试样在弯曲辊位置发生弯曲变形，通过显微设备测得试样弯曲变形区的微观变形场特征，同时通过力学测试模块获取试样在对应变形条件下的宏观力学性能参数。